國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)MCU：特殊市場(chǎng)下的另類突圍

圖源：攝圖網(wǎng)

作者|解碼工作室 來(lái)源|解碼Decode(ID：kankeji001)

2020年下半年那股籠罩全球的缺芯荒，本是疫情爆發(fā)疊加新能源起勢(shì)造成的供需失衡。

最典型如汽車MCU，全球疫情的大爆發(fā)導(dǎo)致晶圓廠產(chǎn)能投放占比降低，意法半導(dǎo)體、恩智浦、Microchip等廠商先后宣布延長(zhǎng)交貨期，庫(kù)存也很快被耗光，全球汽車供應(yīng)鏈第一次面臨缺貨危機(jī)。

到2021年3月，缺貨危機(jī)仍未解除，MCU市場(chǎng)占有率第二的瑞薩，又發(fā)生了一次耐人尋味的火災(zāi)，本就緊繃的芯片供應(yīng)鏈再遭重創(chuàng)。

而在那之前，MCU市場(chǎng)占有率第一的恩智浦和排名第三的英飛凌，因遭遇罕見(jiàn)的暴風(fēng)雪襲擊，其美國(guó)工廠都已躺平停產(chǎn)。

隨后的11月份，意法半導(dǎo)體歐洲的一處工廠因疫情加薪問(wèn)題出現(xiàn)罷工，徹底引爆了全球車用MCU的缺貨潮。

而供需失衡的結(jié)果，就是MCU搖身一變從牛夫人成了小甜甜。原廠們紛紛坐地起價(jià)，瑞薩和恩智浦將車規(guī)MCU產(chǎn)品價(jià)格上調(diào)20%-30%；意法半導(dǎo)體從曾經(jīng)一塊多美金訂貨，上調(diào)至七塊多美金，漲幅高達(dá)7倍，同時(shí)宣布對(duì)2021年的MCU產(chǎn)品線漲價(jià)；Microchip全產(chǎn)品線漲幅在5%-10%不等，部分產(chǎn)品漲超10%。

以至于有從業(yè)者發(fā)出感慨，之前MCU都是降價(jià)貨，現(xiàn)在成了香餑餑，真是從業(yè)十幾年第一次見(jiàn)到。

陣痛幾乎瞬間傳到國(guó)內(nèi)，由于車用IC認(rèn)證困難，國(guó)內(nèi)廠商基本無(wú)法做到國(guó)產(chǎn)替代，國(guó)外原廠芯片漲價(jià)成本只能向下轉(zhuǎn)移給國(guó)內(nèi)車廠。

產(chǎn)業(yè)界才猛然發(fā)現(xiàn)，時(shí)至今日作為最全最大的汽車及消費(fèi)電子市場(chǎng)，在關(guān)鍵的MCU領(lǐng)域仍舊脆弱，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的命脈都被牢牢地握在別人手中。

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產(chǎn)業(yè)鏈解析

MCU產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且粋€(gè)極為復(fù)雜的全球生態(tài)系統(tǒng)，涉及IP授權(quán)、芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試、分銷等眾多環(huán)節(jié)，高度全球分工是基操。

但用一句話總結(jié)國(guó)產(chǎn)廠商在其中的地位，就是基本無(wú)緣中上游。

MCU的產(chǎn)業(yè)鏈上游包含芯片設(shè)計(jì)、材料及設(shè)備、晶圓代工及封測(cè)三塊，其特征是技術(shù)密集和寡頭壟斷，比如芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)必備的EDA軟件，就被美國(guó)和德國(guó)壟斷全球近80%的市場(chǎng)份額。

IP授權(quán)則幾乎由英國(guó)的ARM公司主導(dǎo)，全球超過(guò)50%的MCU基于ARM內(nèi)核架構(gòu)設(shè)計(jì)。

材料及設(shè)備更是如此，其中光刻機(jī)主要由ASML（荷蘭）壟斷超全球80%市場(chǎng)，日本的佳能和尼康則分食剩余的市場(chǎng)份額?？涛g、拋光、清洗等設(shè)備則主要由美國(guó)和日本等巨頭主導(dǎo)。

至于提供芯片制造的晶圓代工，近年來(lái)國(guó)產(chǎn)廠商奮力追趕，雖然較第一名仍有較大差距，但在2023年Q2的CR6里，已經(jīng)出現(xiàn)了兩家中國(guó)企業(yè)的身影，中芯國(guó)際和華虹。

封測(cè)廠主要負(fù)責(zé)將代工廠生產(chǎn)的成品晶圓封裝成最終的成品器件，并進(jìn)行可靠性測(cè)試，這一環(huán)節(jié)相對(duì)于晶圓代工門檻更低，國(guó)產(chǎn)化率更高，除了美國(guó)的安靠（Amkor）外，主要集中于中國(guó)大陸和中國(guó)臺(tái)灣。

中游為芯片設(shè)計(jì)原廠，主要由美、歐、日芯片巨頭所把控，中國(guó)企業(yè)當(dāng)前市場(chǎng)份額較小但正在奮起直追。

MCU原廠按照商業(yè)模式可分為IDM和Fabless模式，前者主要以外資大廠為主，國(guó)內(nèi)企業(yè)則多采用Fabless模式，更依賴晶圓代工廠支持。

Omdia數(shù)據(jù)顯示，2022年全球MCU市場(chǎng)CR6高達(dá)83.4%，以美歐日芯片巨頭為主。

與之相對(duì)，2021年國(guó)內(nèi)MCU（含消費(fèi)級(jí)）市場(chǎng)85%被外資把持（2019年為94%），MCU總國(guó)產(chǎn)化率不足15%，且多集中于消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品；而作為最大下游市場(chǎng)的車規(guī)級(jí) MCU國(guó)產(chǎn)化率則不足5%，仍有極大國(guó)產(chǎn)替代空間。

MCU的下游應(yīng)用極為廣泛，主要覆蓋汽車電子、工業(yè)控制、消費(fèi)電子、計(jì)算與存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)通信六大市場(chǎng)，從全球來(lái)看，MCU下游市場(chǎng)中汽車電子占比最高。

根據(jù)IC Insights ，汽車電子2021年市場(chǎng)份額占比達(dá)39%，且呈現(xiàn)逐年升高的態(tài)勢(shì)，這與新能源汽車革命對(duì)汽車電子的需求和性能要求的提高密不可分，2020年以來(lái)的汽車“缺芯”也一定程度推高了MCU的ASP。

但從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看，MCU下游市場(chǎng)卻主要集中在消費(fèi)電子領(lǐng)域。2020年國(guó)內(nèi)MCU市場(chǎng)下游應(yīng)用消費(fèi)電子占比26%，汽車電子僅占16%。

這種國(guó)內(nèi)和全球的下游構(gòu)成相比差別較大的原因也好理解：

1）我國(guó)為世界工廠，PC、手機(jī)、IoT、家用電器等消費(fèi)電子組裝和制造環(huán)節(jié)高度集中，因此國(guó)內(nèi)消費(fèi)電子相關(guān)的MCU需求量相對(duì)占比更高；

2）汽車電子MCU約95%的市場(chǎng)份額由美歐日IDM芯片巨頭把持，下游的整車品牌也常年由發(fā)達(dá)國(guó)家主導(dǎo)，因此國(guó)內(nèi)車規(guī)MCU自給率一直以來(lái)較低，本土MCU企業(yè)較難打入。

但步入新能源汽車時(shí)代，國(guó)產(chǎn)電動(dòng)車品牌的強(qiáng)勢(shì)崛起，疊加2020-2022汽車電子缺芯所帶來(lái)的機(jī)會(huì)窗口，相當(dāng)于給國(guó)內(nèi)MCU企業(yè)提供了一個(gè)相當(dāng)大的切入機(jī)會(huì)，市場(chǎng)份額占比也就有望獲得提高。

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窗口與機(jī)會(huì)

一個(gè)需要明確的前提是，國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)MCU雖然開(kāi)始進(jìn)入汽車供應(yīng)鏈，但大都集中在中低端應(yīng)用范圍，比如車身、座椅、照明等，只有國(guó)芯科技、芯馳科技和芯旺微的量產(chǎn)產(chǎn)品涉及中高端應(yīng)用。

原因并不難找，我國(guó)車規(guī)級(jí)MCU產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)久以來(lái)突破較慢的原因主要可以歸結(jié)為以下三點(diǎn)：

1）車規(guī)MCU技術(shù)工藝嚴(yán)苛，研發(fā)周期長(zhǎng)，企業(yè)研發(fā)動(dòng)力不足；

與消費(fèi)和工業(yè)級(jí)MCU相比，車規(guī)級(jí)芯片工作環(huán)境復(fù)雜多變，具有高振動(dòng)、多粉塵、多電磁干擾、溫度范圍廣等特點(diǎn)，對(duì)溫度耐受性要求一般在-40-155°C，同時(shí)還要具備耐振動(dòng)沖擊、高低溫交變、防水、防曬、抗干擾能力。

由于汽車生命周期較長(zhǎng)，產(chǎn)品工作壽命要求為15-20年，供貨周期要求也在15年以上，因而對(duì)產(chǎn)品不良率和可靠性也提出了極為嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。

2）車規(guī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)苛且周期較長(zhǎng)，不確定性較大，投資風(fēng)險(xiǎn)較高；

車規(guī)芯片認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，流程漫長(zhǎng)，門檻較高。從流片到量產(chǎn)出貨，往往需要2到3年時(shí)間。然而一旦成功打入整車供應(yīng)鏈，就能享受至少10年以上的供貨周期，從而和下游車廠建立深度綁定。 

3）長(zhǎng)期以來(lái)傳統(tǒng)燃油車市場(chǎng)被歐、美、日品牌統(tǒng)治，因此整車供應(yīng)鏈也長(zhǎng)期由外資把控，新進(jìn)國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商想要切入前裝市場(chǎng)難度極高。

在2020-2022年全球缺芯高潮下，國(guó)產(chǎn)MCU已逐步開(kāi)始打入下游整車供應(yīng)鏈，加速汽車MCU 國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

尤其是新能源時(shí)代自主品牌強(qiáng)勢(shì)崛起，為本土MCU廠商贏來(lái)更多市場(chǎng)導(dǎo)入機(jī)會(huì)。

新能源時(shí)代，我國(guó)多年以來(lái)在新能源產(chǎn)業(yè)的大力投入，先發(fā)優(yōu)勢(shì)下已經(jīng)建立了成熟的產(chǎn)業(yè)鏈和人才配套，大幅降低了造車門檻，使傳統(tǒng)自主品牌和蔚小理等造車新勢(shì)力借新能源的東風(fēng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃油車傳統(tǒng)豪強(qiáng)的彎道超車。

根據(jù)乘聯(lián)會(huì)，2020年中國(guó)乘用車市場(chǎng)自主品牌銷量份額為35.7%，2022年則迅速躍升至47.3%；2023年7月，自主品牌市場(chǎng)份額達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的53.2%，首次超過(guò)50%。此消彼長(zhǎng)，日系品牌從2020年的 24.1%大幅銳減至17.3%，德系、韓系、美系品牌也均有明顯下滑。

新能源汽車的動(dòng)力革命重塑了全球汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)格局，傳統(tǒng)油車品牌的護(hù)城河（發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱）將逐漸被三電系統(tǒng)所替代，國(guó)產(chǎn)品牌憑借國(guó)內(nèi)成熟產(chǎn)業(yè)鏈和軟硬件創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)逐步實(shí)現(xiàn)彎道超車，有望帶動(dòng)本土汽車電子供應(yīng)鏈發(fā)展。

另外還有較為重要的一點(diǎn)是，在代工封測(cè)的產(chǎn)業(yè)鏈上游我們也并非一窮二白，當(dāng)然這主要取決于車規(guī)MCU的制程特點(diǎn)。

全球車規(guī)MCU目前主要以40nm-90nm制程為主流工藝節(jié)點(diǎn)，僅少部分豪華車型會(huì)部分采用28nm制程的MCU。一是由于車載MCU本身對(duì)算力和集成度的要求不像消費(fèi)級(jí)芯片那么高，因而無(wú)需先進(jìn)制程；同時(shí)，MCU內(nèi)置的嵌入式存儲(chǔ)自身制程也限制了MCU制程的提升。

因此，從主流車規(guī)MCU的生產(chǎn)工藝節(jié)點(diǎn)看，本土芯片代工廠如中芯國(guó)際和華虹已經(jīng)具備自主制造的能力。

雖然國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)MCU的市場(chǎng)份額不足5%，但還是有幾家在車規(guī)MCU上做的不錯(cuò)，比如說(shuō)四維圖新旗下的杰發(fā)科技，是國(guó)內(nèi)唯一一家所有產(chǎn)品線都通過(guò)車規(guī)級(jí)認(rèn)證的汽車半導(dǎo)體廠商。

2018年研發(fā)出了國(guó)內(nèi)第一顆通過(guò)車規(guī)級(jí)認(rèn)證,并實(shí)現(xiàn)客戶端量產(chǎn)的32位MCU芯片，截至目前杰發(fā)科技的芯片產(chǎn)品已經(jīng)在全球500多款車型上量產(chǎn)，車規(guī)級(jí)MCU出貨量已超1000萬(wàn)顆。

再比如說(shuō)比亞迪半導(dǎo)體作為中國(guó)最大的車規(guī)級(jí)MCU芯片廠商，從2018年推出國(guó)內(nèi)首款量產(chǎn)8位車規(guī)級(jí)MCU芯片，到2019年推出第一代32位車規(guī)級(jí)MCU芯片，然后批量裝載在比亞迪全系列車型上，目前為止比亞迪車規(guī)MCU芯片裝車量已超1000萬(wàn)顆，馬上要推出的技術(shù)更先進(jìn)的32位雙核高性能MCU芯片，主要應(yīng)用于域控制器等車身控制領(lǐng)域。

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特殊的突圍路線

與CPU、GPU不同，MCU芯片產(chǎn)品的特點(diǎn)是雖然需求總量大，但里面品類眾多，單個(gè)品類需求量小、利潤(rùn)率低。因此瑞薩、英飛凌、德州儀器這些主流廠商都采用IDM模式——即自己設(shè)計(jì)、自己生產(chǎn)，最大程度控制成本。

因此，MCU的前六大玩家均為IDM模式。即便在缺芯荒期間，這些廠商也不會(huì)因?yàn)橛唵螡M溢擴(kuò)產(chǎn)，而是交給臺(tái)積電這類代工廠。

雖然中國(guó)大陸是MCU等成熟制程芯片的最大市場(chǎng)之一，但國(guó)產(chǎn)廠商的進(jìn)入時(shí)間較晚，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)廠商更加依賴代工廠的制造能力，也就是前文提到的Fabless模式。

Fabless模式即無(wú)晶圓廠模式，與IDM不同，F(xiàn)abless下原廠僅專注于MCU的研發(fā)、設(shè)計(jì)和銷售，而將重資產(chǎn)的晶圓制造、封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)外包給臺(tái)積電、日月光等專業(yè)的代工和封測(cè)廠商。

但是缺芯荒的出現(xiàn)，導(dǎo)致了固有格局開(kāi)始變化。

IDM模式的MCU原廠因成本控制，即便訂單滿溢也不會(huì)擴(kuò)產(chǎn)，而是交給代工廠，這種思路平時(shí)看起來(lái)沒(méi)有問(wèn)題。但在缺芯荒階段，代工廠也是優(yōu)先安排利潤(rùn)高的芯片排產(chǎn)。

典型如臺(tái)積電，即便是2021年高調(diào)宣布MCU芯片產(chǎn)能提升60%，但據(jù)其財(cái)報(bào)顯示，28nm以下工藝占比，其實(shí)最近幾年以來(lái)基本沒(méi)什么變化。2021年Q1-2023年Q1，臺(tái)積電28nm以下工藝占比分別為63%、64%、64%。

國(guó)產(chǎn)廠商原本在正常情況下沒(méi)有機(jī)會(huì)，但訂單滿溢的情況從原廠流到代工廠還不夠，繼續(xù)向下流到類似華虹這樣的二線代工廠，再疊加上游產(chǎn)能不足但下游需求猛增，國(guó)內(nèi)MCU原廠得以在車企的缺芯焦慮中躋身供應(yīng)鏈。

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尾聲

其實(shí)在成熟制程芯片市場(chǎng)，不像先進(jìn)制程那樣受全球矚目。在這塊市場(chǎng)，技術(shù)的突飛猛進(jìn)反而不如扎扎實(shí)實(shí)的量產(chǎn)和良率重要，而成熟制程暫且不受太多制裁影響，考驗(yàn)的是下中上游產(chǎn)業(yè)鏈的通力合作。

下游汽車電子的爆發(fā)需求，在缺芯荒階段無(wú)法得到大廠滿足，所以給了國(guó)產(chǎn)MCU芯片的替代機(jī)會(huì)，大量的訂單反饋到中游是國(guó)產(chǎn)芯片得以躋身供應(yīng)鏈，利用特殊時(shí)間的特殊路徑完成認(rèn)證，再反映到上游，就是中芯國(guó)際、華虹半導(dǎo)體這樣的代工廠拿到更多訂單。

而如果長(zhǎng)期來(lái)看，隨著國(guó)內(nèi)各代工廠在成熟制程工藝上的持續(xù)優(yōu)化和產(chǎn)能擴(kuò)張，輔以RISC-V等開(kāi)源指令集架構(gòu)發(fā)展，國(guó)內(nèi)MCU廠商通過(guò)與上游代工廠的通力協(xié)作，有望共同推動(dòng)國(guó)產(chǎn)MCU性價(jià)比不斷升高，以中低階車規(guī)MCU為切入口，把握自主品牌和造車新勢(shì)力迅速崛起的時(shí)間窗口，逐漸導(dǎo)入整車供應(yīng)鏈體系，最終逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。

參考資料

[1] 海思一顆料暴漲7倍，全球芯片缺貨真相：原廠38顆MCU掌控汽車產(chǎn)業(yè)鏈，國(guó)際電子商情

[2] 日本瑞薩科技公司的那珂工廠著火，或影響世界車載芯片市場(chǎng)，澎湃新聞

[3] 汽車MCU研究：“缺芯”大環(huán)境下國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商尋求自主替代，佐思汽車研究

[4] 華虹半導(dǎo)體上市，中國(guó)芯片代工的另類突圍，遠(yuǎn)川科技評(píng)論

[5]半導(dǎo)體行業(yè)深度報(bào)告（四）：MCU：汽車+工控+新消費(fèi)IoT三大驅(qū)動(dòng)力助推，國(guó)產(chǎn)替代前景廣闊，東海證券

[6]2023 TOP 50 國(guó)產(chǎn)MCU廠商調(diào)研統(tǒng)計(jì)和行業(yè)分析報(bào)告

[7]一個(gè)有意思的數(shù)據(jù)：臺(tái)積電成熟芯片占比，3年沒(méi)變化，只談科技

編者按：本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)：解碼Decode(ID：kankeji001)，作者：解碼工作室